DE102011117573A1 - Method and device for the non-invasive monitoring of pain intensities and the determination of depths of anesthesia during medical interventions - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung (13) zum nichtinvasiven Überwachen von Schmerzstärken (P) und zur Ermittlung von Narkosetiefen (D) während medizinischer Eingriffe, wobei die Einrichtung (13) zumindest umfasst – eine Anordnung (2) zur Erfassung/Messung von Herzschlagsignalen, – einen nachgeordneten Wandler (9) für die Wandlung der erfassten Herzschlagsignale in elektrisch digitalisierte Biosignale oder ein externes Eingabegerät (15) mit vor der Einleitung der Narkose erfassten Herzschlagsignalen und in elektrisch digitaler Form ausgebildeten Biosignalen, – eine Funktionseinheit (4) zur Signalvorverarbeitung, um die elektrischen Biosignale unter Berücksichtigung einer ermittelten Herzratenvariabilität einerseits für die Verarbeitung in Parameter (ZB) für die Schmerzstärke (P) und andererseits für die Verarbeitung in Parameter (SD) für die Narkosetiefe (D) aus der ermittelten Herzratenvariabilität, die als Änderung der Herzschlagdauer für jeden Herzschlag, d. h. als Änderung des Herzschlag-zu-Herzschlag-Intervalls definiert ist, jeweils bereitzustellen, – eine mindestens zwei Signalkanäle aufweisende Auswerteeinheit (8), die mit der Funktionseinheit (4) zur Signalvorverarbeitung nachgeordnet in Verbindung steht und die Signale der Parameter Zeitbereich (ZB) und die Signale der Parameter Symbolische Dynamik (SD) aufnimmt, – wobei die Auswerteinheit (8) eine Funktionseinheit (10) zur Berechnung des Schmerzstärkeverlaufs (P) und eine Funktionseinheit (11) zur Berechnung des Narkosetiefenverlaufs (D) einschließlich darin gespeicherter programmtechnischer Mittel aufweist und – eine Funktionseinheit (6) für ein Entscheidungssystem besitzt, die mit der Funktionseinheit (10) zur Berechnung des Schmerzstärkeverlaufs (P) und mit der Funktionseinheit (11) zur Berechnung des Narkosetiefenverlaufs (D) leitungsmäßig verbunden ist und Vergleiche der berechneten Werte mit erfassten Ausgangs-/Sollwerten durchführt, und – einen Narkose-Schmerz-Monitor (12), der zur Anzeige des Narkosetiefenverlaufs (D) und des zugehörigen Schmerzstärkeverlaufs (P) vorgesehen ist.The invention relates to a method and a device (13) for the non-invasive monitoring of pain intensities (P) and for determining anesthetic depths (D) during medical procedures, wherein the device (13) comprises at least - an arrangement (2) for detecting / measuring Heartbeat signals, - a downstream converter (9) for converting the detected heartbeat signals into electrically digitized biosignals or an external input device (15) with heartbeat signals acquired before the induction of anesthesia and biosignals formed in electrically digital form, - a function unit (4) for signal preprocessing in order to calculate the electrical biosignals taking into account a determined heart rate variability on the one hand for processing in parameters (ZB) for pain intensity (P) and on the other hand for processing in parameters (SD) for the depth of anesthesia (D) from the ascertained heart rate variability Heartbeat duration for each heartbeat, d. H. is defined as a change of the heartbeat-to-heartbeat interval, in each case to provide an evaluation unit (8) having at least two signal channels, which is connected downstream of the functional unit (4) for signal preprocessing and the signals of the parameters time range (ZB) and the signals of the parameters symbolic dynamics (SD) receives, - wherein the evaluation unit (8) has a functional unit (10) for calculating the pain intensity curve (P) and a functional unit (11) for calculating the depth of anesthesia course (D) including stored therein programmable means and - has a decision-making functional unit (6) connected in line with the pain-intensity-curve calculation unit (P) and with the depth-of-depth calculation functional unit (11) and compares the calculated values with the detected output - / nominal values, and - anesthetic pain Monitor (12), which is intended to display the depth of anesthesia course (D) and the associated pain intensity course (P).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum nichtinvasiven Überwachen von Schmerzstärken und zur Ermittlung von Narkosetiefen während medizinischer Eingriffe.The invention relates to a method and a device for the noninvasive monitoring of pain intensities and for determining anesthesia depths during medical interventions.
Die Überwachung der Tiefe einer Anästhesie während eines Eingriffs gehört zum Stand der Technik der medizinischen Behandlung. Technische Mittel zur Bestimmung der Narkosetiefe sind die Messung des Blutdrucks und der Herzfrequenz, zusätzlich werden jetzt auch EEG-Signale aus dem Gehirn herangezogen.Monitoring the depth of anesthesia during surgery is one of the prior art medical treatments. Technical means for determining the depth of anesthesia are the measurement of blood pressure and heart rate, in addition now also EEG signals from the brain are used.
Dazu gibt es folgende Probleme:
- – Eine unzureichende Schmerzausschaltung,
- – eine unzureichende Stressabschirmung,
- – eine intraoperative Wachheit und
- – eine zu „tiefe Narkose” mit hämodynamischer Beeinträchtigung, die bei der Durchführung der Anästhesie während operativer Eingriffe auftreten.
- - Inadequate pain elimination,
- - insufficient stress shielding,
- - an intraoperative alertness and
- - one to "deep narcosis" with hemodynamic impairment, which occur when performing anesthesia during surgical procedures.
Die resultierenden negativen Effekte können ein verzögertes postoperatives Erwachen, verlängerte Überwachungszeiten und eine Herzkreislauf-Instabilität hervorrufen. Zweckmäßig ist deshalb eine individuelle „Anästhesie-Führung und -Überwachung” während des operativen Eingriffs.The resulting negative effects can cause delayed postoperative awakening, prolonged monitoring times, and cardiovascular instability. Therefore, an individual "anesthesia guide and monitoring" is useful during the surgical procedure.
Das Anwendungsfeld der Erfindung besteht in einer Anästhesieführung während operativer Eingriffe am Patienten, um Fehlbelastungen durch Überdosierungen oder Unterdosierungen von erforderlichen Medikamenten zu vermeiden.The field of application of the invention consists in anesthesia guidance during surgical interventions on the patient, in order to avoid incorrect loading due to overdoses or underdoses of required medicaments.
Es gibt bekannte Verfahren zur Bestimmung der Narkosetiefe unter Nutzung der Herzraten-Daten:
In der Druckschrift
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Die Registrierung und Analyse kardiovaskulärer Biosignale sind, eines der aktuellsten Themen der biomedizintechnischen Forschung. Insbesondere aus extrakorporal abgeleiteten Biosignalen (z. B. EKG, Blutdruck) werden mittels mathematischer, computergestützter Analysen kardiovaskuläre Risiken erkannt und Diagnosen entwickelt.The registration and analysis of cardiovascular biosignals are one of the most current topics of biomedical engineering research. Particularly from extracorporeal derived biosignals (eg ECG, blood pressure), cardiovascular risks are identified and diagnoses developed by means of mathematical, computer-assisted analyzes.
Die Allgemeinanästhesie ist ein durch Medikamente herbeigeführter kontrollierter und reversibler Bewusstseinsverlust mit paralleler Schmerzausschaltung sowie eine herbeigeführte Muskelrelaxation. Völlig ausgeschaltet ist das Gehirn nicht, daher wird die Anästhesie-Tiefe während einer Operation laufend kontrolliert. Als Standard für die Überwachung der Narkosetiefen erfolgen Messungen, bezogen auf
- – repetitivem Blutdruck oder kontinuierlichem Blutdruck
- – Herzfrequenz
- – Tränenfuß-Beobachtung
- – Schweißsekretion
- – Spontanbewegungen und/oder
- – Pupillenspiel.
- - repetitive blood pressure or continuous blood pressure
- - heart rate
- - Tear-foot observation
- - sweat secretion
- - Spontaneous movements and / or
- - pupil play.
Für „klinische” Anästhesie-Steuerungen stehen dabei konventionell Hämodynamik, vegetative Zeichen und die Erfahrungen des Anästhesisten zur Verfügung. Diese Zeichen sind nicht verlässlich, da der individuelle Anästhesie-Bedarf erheblich variiert.Conventional hemodynamics, vegetative signs and anesthesiologist's experience are available for "clinical" anesthesia controls. These signs are not reliable because the individual anesthetic needs vary considerably.
Fakultativ ohne zwingende Notwendigkeit sind in jüngster Zeit zusätzliche Messdaten des partiellen Elektroenzephalogramms (pEEP) des Gehirns berücksichtigt worden.Optionally, without compelling necessity, additional measurement data of the partial electroencephalogram (pEEP) of the brain has recently been taken into account.
Gemessen werden mit diesen „Wachmonitoren” die Frequenzen, die in den Hirnstromkurven auftreten. Je tiefer die Narkose, desto mehr dominieren die tiefen Frequenzen, während die höheren Frequenzen verschwinden. Bei anderen Systemen trägt der narkotisierte Patient einen Kopfhörer, in dem ein fortlaufendes Klicken ertönt. Jeder Klick löst eine Reaktion im Gehirn aus, die sich in den Hirnstromkurven bemerkbar macht. Die Reaktion zu quantifzieren, ist mit der Computertechnik durchaus möglich. Wie die Reaktion ausfällt, hängt von der Narkosetiefe ab, die das Gerät auf diese Weise messen kann, wie in der Druckschrift
Klinisch sind die Kriterien für „zu flache oder zu tiefe Narkosen” bisher schwer objektiv patientenspezifisch zu beurteilen.Clinically, the criteria for "too shallow or too deep anesthesia" so far difficult to judge patient-specific.
In der Druckschrift
Ein Problem besteht darin, dass eine Schmerzstärkenmessung während der Narkose bisher nicht möglich ist. Die bekannten Überwachungssysteme sind nicht geeignet, frühzeitig und zuverlässig das Auftreten von mangelnder Narkosetiefe oder auch intraoperativer Wachheit zu erfassen. Die messtechnische Quantifizierung der Schmerzstärke fehlt. In kritischen Situationen ist die Unterscheidung der Notwendigkeit der Verabreichung eines Schlafmittels oder eines Beruhigungsmittels objektiv nicht möglich. Die Folge ist, dass beide Mittel zur Sicherheit verabreicht werden und damit die Überdosierung mit allen Negativfolgen getätigt werden.One problem is that measuring pain levels during anesthesia is not yet possible. The known monitoring systems are not suitable for detecting the occurrence of a lack of anesthetic depth or intraoperative alertness early and reliably. The metrological quantification of pain intensity is missing. In critical situations, it is objectively impossible to distinguish between the need to administer a sleep aid or tranquilizer. The consequence is that both means are administered for safety and thus the overdose with all the negative consequences are made.
Als Herzfrequenzvariabilität oder Herzratenvariabilität (HRV) wird dem Artikel:
Über autonome physiologische Regulationswege passt ein gesunder Organismus die Herzschlagrate beständig momentanen Erfordernissen an. Körperliche Beanspruchung oder psychische Belastung hat deswegen bekanntlich in der Regel eine Erhöhung der Herzfrequenz zur Folge, die bei Entlastung und Entspannung normalerweise wieder zurückgeht. Dabei zeigt sich eine höhere Anpassungsfähigkeit an Belastungen in einer größeren Variabilität der Herzfrequenz. Unter chronischer Stressbelastung ist beides dagegen wegen der beständig hohen Anspannung, die dafür typisch ist, mehr oder weniger eingeschränkt und infolgedessen reduziert.Through autonomous physiological regulatory pathways, a healthy organism consistently adjusts the heart rate to current needs. As a rule, physical stress or mental stress usually results in an increase in the heart rate, which usually returns when relief and relaxation are achieved. This shows a higher adaptability to stress in a greater variability of the heart rate. On the other hand, under chronic stress, both are more or less restricted and, as a result, reduced because of the constant high tension that is typical for it.
Der Abstand zwischen zwei Herzschlägen wird meistens definiert als die Zeit zwischen dem Beginn zweier Kontraktionen der Herzkammern. Dieser Beginn der Kammerkontraktion erscheint im Elektrokardiogramm (EKG) als so genannte R-Zacke. Der Abstand zwischen zwei R-Zacken wird daher als RR-Intervall bezeichnet (um eine Verwechslung mit der Blutdruckangabe RR (nach Riva-Rocci) zu vermeiden, wird teilweise auch die Bezeichnung NN verwendet). Das RR-Intervall lässt sich als Kehrwert in die Herzfrequenz umrechnen (60 BPM ~ 1000 ms: 60 Beats per minute ~ 1000 Millisekunden RR-Abstand). Die RR-Intervalle sind im Regelfall nicht gleich lang, sondern unterliegen Schwankungen. Die Quantifizierung dieser Schwankungen wird als Herzfrequenz- oder Herzratenvariabilität (HRV) bezeichnet.The distance between two heart beats is usually defined as the time between the beginning of two contractions of the ventricles. This onset of chamber contraction appears in the electrocardiogram (ECG) as a so-called R-wave. The distance between two R waves is therefore referred to as RR interval (to avoid confusion with the blood pressure RR (according to Riva-Rocci), the name NN is sometimes used). The RR interval can be converted into the heart rate as a reciprocal (60 BPM ~ 1000 ms: 60 beats per minute ~ 1000 milliseconds RR distance). The RR intervals are usually not the same length, but are subject to fluctuations. The quantification of these fluctuations is referred to as heart rate or heart rate variability (HRV).
Ein Herzschlag wird beim gesunden Individuum durch einen Impuls des Sinusknotens als zentralem Taktgeber des autonomen Erregungssystems des Herzens ausgelöst. Dieses steht seinerseits unter dem Einfluss des übergeordneten vegetativen Nervensystems, wobei über den Sympathikus ein aktivierender Einfluss ausgeübt wird, der u. a. eine Erhöhung der Herzfrequenz zur Folge hat. Körperliche und psychische Belastungen gehen mit einer Steigerung der Aktivität des Sympathikus einher, parallel zu der vom Parasympathikus regulierte Körperfunktionen, wie etwa Verdauung, reduziert werden. Äußere Einflüsse (Reize), psychische Vorgänge (Gedanken) oder mechanische Abläufe (Atmung) greifen dabei komplex ineinander, können sich dabei aber je nach eigenem Gewicht auch unterschiedlich auf den Herzschlag auswirken.A heartbeat is triggered in the healthy individual by a pulse of the sinus node as the central clock of the autonomic excitation system of the heart. This in turn is under the influence of the superior autonomic nervous system, wherein on the sympathetic an activating influence is exercised, the u. a. an increase in heart rate. Physical and mental stress is associated with an increase in the activity of the sympathetic, to be reduced in parallel to the parasympathetic regulated body functions, such as digestion. External influences (stimuli), mental processes (thoughts) or mechanical processes (breathing) interact complexly with each other, but may also have different effects on the heartbeat depending on their own weight.
Das EKG ist nach wie vor zentrales Diagnoseverfahren in der Kardiologie. Aus ihm lässt sich eine sog. Zeitreihe der RR-Intervalle bestimmen. Die Schwankung dieser Zeitreihe lässt sich mit Hilfe verschiedener Verfahren hinsichtlich ihrer Stärke, Zeitskala oder innerer Muster quantifizieren. Eine einfache statistische Größe zur Bestimmung der Streuung ist die Standardabweichung der RR-Intervalle. Man unterscheidet drei Bereiche (Domänen), die zur Analyse der Herzratenvariabilität genutzt werden:
- • Zeitbereich (z. B. Standardabweichung der RR-Intervalle)
- • Frequenzbereich (z. B. Spektrum der Herzratenvariabilität)
- • nichtlinearer Bereich (z. B. Poincaré-Plots)
- • Time range (eg standard deviation of the RR intervals)
- Frequency range (eg spectrum of heart rate variability)
- • non-linear area (eg Poincaré plots)
Hinsichtlich ihrer Zeitskala lassen sich die Schwankungen der Herzfrequenz durch Verfahren der Spektralanalyse näher charakterisieren. In jüngerer Zeit werden auch komplexe empirische Parameter, wie z. B. die fraktale Dimension herangezogen.With regard to their time scale, the fluctuations of the heart rate can be further characterized by spectral analysis. In More recently, complex empirical parameters such. B. the fractal dimension used.
Die Spektralanalyse ist ein sehr genaues Verfahren zur Feststellung der Frequenzanteile, aus denen sich die Variabilität der Herzfrequenz zusammensetzt. Sie gibt beispielsweise Auskunft über die Kopplung von Atmung und Herzschlag (also deren Kohärenz) im entspannten Zustand. Sind Atmung und Herzschlag gut gekoppelt, ergibt die Spektralanalyse einen eindeutigen Peak (Spitzenwert). Das betreffende Mess-Spektrum wird in der HRV-Forschung in Frequenzbänder aufgeteilt, Niederfrequenzband LF (low frequency), Hochfrequenzband HF (high frequency), teilweise zuzüglich eines weiteren Frequenzbandes: VLF(Very-low frequency)-Band und ULF(ultra low frequency)-Band. Des Weiteren ist ein Parameter des Frequenzbereiches die HR (Herzrate).Spectral analysis is a very accurate method for determining the frequency components that make up heart rate variability. For example, it provides information about the coupling of respiration and heartbeat (ie their coherence) in the relaxed state. When respiration and heartbeat are well coupled, the spectral analysis gives a clear peak (peak). The relevant measurement spectrum is divided into frequency bands in HRV research, low-frequency band LF (low frequency), high-frequency band HF (high frequency), partly in addition to another frequency band: VLF (Very-low frequency) band and ULF (ultra-low frequency )-Tape. Furthermore, one parameter of the frequency range is the HR (heart rate).
Eine weitere Darstellungsform der Herzratenvariabilität ist das Histogramm. In einem Verlaufsdiagramm einer Biofeedback-Messung wird gezählt, wie viele der Herzschläge in eine bestimmte Klasse fallen. Bei größerer HRV verteilen sich die Herzschläge gleichmäßiger über möglichst viele Klassen. Unter starker Belastung verschiebt sich die vegetative Balance und die HRV schränkt sich auf wenige Klassen ein.Another representation of heart rate variability is the histogram. A progress graph of a biofeedback measurement counts how many of the heartbeats fall into a particular class. With larger HRV, the heartbeats distribute more evenly over as many classes. Under heavy load, the vegetative balance shifts and the HRV is limited to a few classes.
Da die Herzratenvariabilität ihren Ursprung in der Funktion des vegetativen Nervensystems hat, lassen sich prinzipiell Krankheiten erkennen, bei denen es darüber zu Auswirkungen auf den Herzschlag kommt. Dabei sind Erkrankungen zu unterscheiden, die direkt das autonome Nervensystem schädigen, und Krankheiten, die sich etwa über dauerhaft erhöhte Stoffwechselbeanspruchungen indirekt auf das autonome Nervensystem auswirken.Since heart rate variability has its origin in the function of the autonomic nervous system, it is possible in principle to detect diseases that have an effect on the heartbeat. Diseases that directly affect the autonomic nervous system and illnesses that have an effect on the autonomic nervous system, for example, through permanently increased metabolic stress, must be distinguished.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zum nichtinvasiven Überwachen von Schmerzstärken und zur Ermittlung von Narkosetiefen während medizinischer Eingriffe anzugeben, die derart geeignet ausgebildet sind, dass die Messung von Herzschlagsignalen und die gemeinsame Anzeige der Narkosetiefe und der Schmerzstärke während der Operation zuverlässig und zeitnah zur Qualitätsverbesserung des Narkosetiefenverlaufs angegeben werden können. Außerdem soll eine individualisierte Anästhesieführung auch als ökonomischen Gründen angestrebt werden, wobei
- – Substanzkosten verringert werden sollen,
- – eine Informationserhöhung für das Operationspersonal erfolgen soll und
- – kurze Narkose-Ausleitungszeiten erreicht werden sollen.
- - Substance costs should be reduced,
- - An increase in information for the surgical staff should take place and
- - short anesthesia discharge times should be achieved.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 5 gelöst. Das Verfahren zum nichtinvasiven Überwachen von Schmerzstärken und zur Ermittlung von Narkosetiefen während medizinischer Eingriffe weist gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 eine dreistufige Bestimmung von angepasster Narkosetiefe D und reflektierter Schmerzstärke P auf mit
- – einer Signalerfassung des Herzschlags,
- – einer Signalaufbereitung unter Berücksichtigung einer ermittelten Herzratenvariabilität und Auswertung der aufbereiteten Signale zu Biosignalen,
- – einer Biosignalanalyse mit Bestimmung von Zeitbereich basierten Parametern ZB für die Schmerzstärke P und mit Bestimmung von Frequenzbereich und von Nichtlinearbasierter, insbesondere Symbolischer Dynamik-Parametern SD für die Narkosetiefe D, wobei
- – Narkosetiefe D
- – Schmerzstärke P
- A signal acquisition of the heartbeat,
- A signal processing taking into account a determined heart rate variability and evaluation of the processed signals to biosignals,
- - A biosignal analysis with determination of time domain based parameters ZB for pain intensity P and with determination of frequency range and nonlinear-based, in particular symbolic dynamics parameters SD for the depth of anesthesia D, wherein
- - Anesthetic depth D
- - pain intensity P
Dabei können folgende Schritte absolviert werden:
- – Erfassung von Herzschlagsignalen mittels eines Herzschlagmessgerätes, wobei die Herzschlagsignale die Änderung der Herzfrequenz aufzeigen,
- – Berechnung von verschiedenen Parametern aus der Herzratenvariabilität in einer Auswerteeinheit, die Funktionseinheiten aufweist, denen die Parameter zugeordnet sind, wobei die Herzratenvariabilität als Änderung der Herzschlagdauer für jeden Herzschlag, d. h. als Änderung des Herzschlag-zu-Herzschlag-Intervalls definiert ist, und
- – Vergleich der berechneten Parameter mit bestimmten Soll-Werten für entsprechende Entscheidungen in mindestens einer Vergleichseinheit oder Funktionseinheit für Entscheidungen sowie
- – Anzeige von Parameter ZB des Zeitbereichs für die Schmerzstärke P und
- – Anzeige von Parametern des Frequenzbereiches und der Symbolischen Dynamik-Parameter SD für die Narkosetiefe D
- Detection of heartbeat signals by means of a heartbeat measuring device, wherein the heartbeat signals indicate the change of the heart rate,
- Calculating various parameters from the heart rate variability in an evaluation unit having functional units to which the parameters are associated, wherein the heart rate variability is defined as a change of the heartbeat duration for each heartbeat, ie as a change of the heartbeat-to-heartbeat interval, and
- Comparison of the calculated parameters with specific target values for corresponding decisions in at least one comparison unit or functional unit for decisions as well as
- - Display of parameter ZB of the time range for pain intensity P and
- - Display of parameters of the frequency range and the symbolic dynamics parameters SD for the depth of anesthesia D
Eine zugehörige Einrichtung zum nichtinvasiven Überwachen von Schmerzstärken und zur Ermittlung von Narkosetiefen während medizinischer Eingriffe nach dem vorgenannten Verfahren
umfasst gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 5
zumindest
- – eine Anordnung zur Erfassung/Messung von Herzschlagsignalen,
- – einen nachgeordneten Wandler für die Wandlung der erfassten Herzschlagsignale in elektrisch digitalisierte Biosignale oder
- – ein externes Eingabegerät mit vor der Einleitung der Narkose erfassten Herzschlagsignalen und in elektrisch digitaler Form ausgebildeten Biosignalen,
- – eine Funktionseinheit zur Signalvorverarbeitung, um die elektrischen Biosignale unter Berücksichtigung einer ermittelten Herzratenvariabilität einerseits für die Verarbeitung in Parameter ZB für die Schmerzstärke P und andererseits für die Verarbeitung in Parameter SD für die Narkosetiefe D jeweils bereitzustellen,
- – eine mindestens zwei Signalkanäle aufweisende Auswerteeinheit, die mit der Funktionseinheit zur Signalvorverarbeitung nachgeordnet in Verbindung steht und die Signale der Parameter Zeitbereich ZB und die Signale der Parameter Symbolische Dynamik SD aufnimmt,
- – wobei die Auswerteinheit eine Funktionseinheit zur Berechnung des Schmerzstärkeverlaufs P und eine Funktionseinheit zur Berechnung des Narkosetiefenverlaufs D einschließlich darin gespeicherter programmtechnischer Mittel aufweist und
- – eine Funktionseinheit für ein Entscheidungssystem besitzt, die mit der Funktionseinheit zur Berechnung des Schmerzstärkeverlaufs P und mit der Funktionseinheit zur Berechnung des Narkosetiefenverlaufs D leitungsmäßig verbunden ist und Vergleiche der berechneten Werte mit erfassten Ausgangs-/Sollwerten durchführt, und
- – einen Narkose-Schmerz-Monitor, der zur Anzeige des Narkosetiefenverlaufs D und des zugehörigen Schmerzstärkeverlaufs P vorgesehen ist.
comprises according to the characterizing part of
at least
- An arrangement for detecting / measuring heartbeat signals,
- A downstream converter for the conversion of the detected heartbeat signals into electrically digitized biosignals or
- An external input device with heartbeat signals detected before the induction of anesthesia and biosignals formed in electrically digital form,
- A function unit for signal preprocessing in order to provide the electrical biosignals, taking into account a determined heart rate variability on the one hand for the processing in parameters PA for pain intensity P and on the other hand for the processing in parameters SD for the depth of anesthesia D, respectively
- An evaluation unit having at least two signal channels, which is connected downstream of the functional unit for signal preprocessing and which receives the signals of the parameter time range ZB and the signals of the parameter symbolic dynamics SD,
- Wherein the evaluation unit has a functional unit for calculating the pain intensity curve P and a functional unit for calculating the depth of anesthesia course D including program-technical means stored therein, and
- - has a decision-system functional unit, which is in line with the pain-intensity-calculation P function unit and with the depth-of-depth calculation function unit D, and performs comparisons of the calculated values with detected output / target values, and
- - An anesthesia pain monitor, which is intended to display the depth of anesthesia course D and the associated pain intensity curve P.
Im Unterschied zum Stand der Technik kann auf die EEG-Daten-Nutzung in der vorliegenden Erfindung ausdrücklich verzichtet werden.In contrast to the prior art, the use of EEG data in the present invention can be explicitly dispensed with.
Um während einer Operation den Verlauf der Narkosetiefe und der Schmerzstärke von Patienten ohne apparativen Zusatzaufwand separat zu messen und anzeigen zu können, damit eine zusätzliche Gabe von entweder Schlafmitteln und/oder Schmerzmitteln während der andauernden Anästhesie erfolgen kann und Fehldosierungen vermieden werden, sollen folgende Schritte durchgeführt werden:
- – eine Messung von Herzschlagsignalen mittels sämtlicher gängiger Methoden (vorzugsweise per EKG), die geeignet sind, die Änderung der Herzfrequenz aufzuzeigen und
- – aus der aus den die Änderung der Herzfrequenz aufbereiteten Signalen ermittelten Herzratenvariabilität werden verschiedene Parameter für die Berechnung und den Vergleich mit bestimmten Werten für entsprechende Entscheidungen und die anschließende Anzeige hinzugezogen, insbesondere Parameter des Zeitbereichs für die Schmerzstärke sowie des Frequenzbereiches und der Symbolischen Dynamik für die Narkosetiefe.
- - A measurement of heartbeat signals by all common methods (preferably by ECG), which are suitable to show the change in heart rate and
- From the heart rate variability determined from the signals changing the heart rate, various parameters are used for the calculation and comparison with certain values for corresponding decisions and the subsequent display, in particular parameters of the time range for the pain intensity and the frequency range and the symbolic dynamics for the anesthesia.
Mit der Einrichtung und dem Verfahren soll ein System geschaffen werden, das zusätzlich zu den Angaben der Narkosetiefe auch Aussagen über die Schmerzstärke liefert.The purpose of the device and the method is to create a system which, in addition to the information on the depth of anesthesia, also provides information about the level of pain.
Die Einrichtung umfasst zumindest ein Herzschlagmessgerät zur Signalerfassung, eine Auswerteeinheit mit Funktionseinheiten zur Biosignalanalyse und Funktionseinheiten zur Ausbildung eines regelbasierten Entscheidungssystems, wobei die Durchführung der Biosignalanalyse und die Betriebsweise des Entscheidungssystems auf programmtechnischen Mitteln beruht. Die Auswerteeinheit enthält deshalb Funktionseinheiten, die in ihrem elektronischen Hardware-Aufbau und in ihrem programmtechnischen Mittel-Zusammenwirkungen ein softwaregestütztes System zur Überwachung der Narkosetiefe während eines operativen Eingriffs durch Auswertung kardiovaskulärer Biosignale darstellt und zugleich Aussagen über die momentane, bei Eingriff auftretende Schmerzstärke angibt. Gewonnen und ausgewertet werden charakteristische Segmente zur Herzfrequenzanalyse insbesondere aus EKG-Signalen des Herzschlagmessgerätes. Eingesetzt werden können zur erweiterten Signalvorverarbeitung auch andere Signale der Überwachung aus dem Herzschlagmessgerät während der Narkose zur kardiovaskulären Narkose-Analyse.The device comprises at least one heartbeat measuring device for signal detection, an evaluation unit with functional units for biosignal analysis and functional units for forming a rule-based decision system, the implementation of the biosignal analysis and the mode of operation of the decision system being based on program-technical means. The evaluation unit therefore contains functional units which, in their electronic hardware structure and in their program-technical mean interactions, represent a software-supported system for monitoring the depth of anesthesia during an operative procedure by evaluating cardiovascular biosignals and at the same time indicating statements about the instantaneous pain intensity occurring during intervention. Characteristic segments for heart rate analysis, in particular from ECG signals of the heart rate monitor, are obtained and evaluated. For advanced signal preprocessing, other monitoring signals from the heart rate monitor during anesthesia for cardiovascular anesthesia analysis can also be used.
Der Indikator für die Narkosetiefe ist der berechnete spezielle nichtlineare Parameter: Symbolische Dynamik und der Indikator für die Schmerzstärke sind die Zeitbereichsparameter für die Schmerzstärke, wobei den jeweiligen Parametern Funktionseinheiten der Auswerteeinheit zugeordnet sind.The indicator for the depth of anesthesia is the calculated special non-linear parameter: Symbolic dynamics and the indicator for the pain intensity are the time range parameters for the pain intensity, wherein the respective parameters are assigned to functional units of the evaluation unit.
Die Erfindung beschreibt somit die Existenz eines funktionellen Zusammenhangs zwischen Biosignalen sowie der Narkosetiefe und der Schmerzstärke.The invention thus describes the existence of a functional relationship between biosignals and the depth of anesthesia and pain intensity.
Für das Schmerzstärkeempfinden werden insbesondere drei Bereiche – schwere Schmerzstärke –, – mittlere Schmerzstärke –, – leichte Schmerzstärke – definiert. Die Ergebnisse liefern Aussagen zur notwendigen Folgetherapiemaßnahmen einschließlich der Medikamentenangaben.In particular, three areas - severe pain intensity -, - average pain intensity -, - slight pain intensity - are defined for the perception of pain intensity. The results provide information on the necessary follow-up measures, including the medication information.
Die programmtechnischen Mittel realisieren unter anderem ein mathematisches Modell mit einer Auswertung charakteristischer Signalsegmente, insbesondere der Herzratenvariabilität der Herzschlagsignale für ein regelbasiertes Entscheidungssystem für die Narkoseführung.Among other things, the program technical means realize a mathematical model with an evaluation of characteristic signal segments, in particular the heart rate variability of the Heartbeat signals for a rule-based decision-making system for anesthesia guidance.
Dabei werden folgende programmtechnische Schritte in den Funktionseinheiten der Auswerteeinheit durchgeführt:
- A) Beschreibung von statistischen Maßen des Zeitbereichs ZB und
- B) Beschreibung von statistischen Maßen eines Zustandsraumes, in dem die Original-Herzschlag-zu-Herzschlag-Intervalle transformiert werden, in Form des Parameters der Symbolischen Dynamik SD.
- A) Description of statistical measures of the time domain ZB and
- B) Description of statistical measures of a state space in which the original heartbeat-to-heartbeat intervals are transformed, in the form of the parameter of the symbolic dynamics SD.
Die Vorteile der Erfindung leiten sich aus der intelligenten/programmtechnischen Auswertung der in den Funktionseinheiten gespeicherten Algorithmen, die die Messgrößen, Parameter und deren Ist-Werte inhaltlich kombinieren, ab:
- – eine zuverlässige und zeitnahe Abgrenzung von Narkosetiefe und Schmerzstärke,
- – eine objektive Schmerzstärkemessung parallel zur Narkosetiefeüberwachung,
- – eine angepasste Behandlung mit Schmerzmedikamenten,
- – eine Vermeidung von Fehldosierungen,
- – eine Unabhängigkeit vom pEEG-partiellen Elektroenzephalogramm-Verfahren und
- – einen Einsatz mindestens einer Standard-Ausrüstung zur Narkosetiefenüberwachung ohne Zusatzapparatur.
- - a reliable and timely delimitation of depth of anesthesia and pain intensity,
- - an objective measurement of pain intensity parallel to anesthesia depth monitoring,
- - appropriate treatment with pain medications,
- - avoidance of incorrect dosages,
- An independence from the pEEG partial electroencephalogram method and
- - use of at least one standard equipment for anesthesia depth monitoring without additional equipment.
Die Standard-Ausrüstung kann zumindest eine herkömmliche Anordnung zur Messung von Herzschlagsignalen – ein Herzschlagmessgerät – aufweisen.The standard equipment may comprise at least one conventional arrangement for measuring heartbeat signals - a heartbeat meter.
Wirtschaftliche Vorteile sind:
- – eine optimale Behandlungsanpassung und
- – die eingesetzte Routinesensorik – d. h. eine herkömmliche Anordnung zur Messung von Herzschlagsignalen – erfordert keine zusätzliche Sensorik am Patienten. Dabei erfolgt im Allgemeinen eine Ausnutzung von vorhandener operationssaalbezogener Routinesensorik.
- - an optimal treatment adaptation and
- - The used routine sensors - ie a conventional arrangement for measuring heartbeat signals - does not require additional sensors on the patient. In general, an exploitation of existing operating room-related routine sensor technology takes place.
Weiterbildungen und besondere Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen angegeben.Further developments and special embodiments of the invention are specified in further subclaims.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mittels mehrerer Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The invention will be explained with reference to an embodiment by means of several drawings. Show it:
Im Folgenden werden die
wobei die Symbolischen Dynamik-Parameter SD dafür vorgesehen sind, die Narkosetiefe D anzuzeigen, während die Parameter des Zeitbereichs ZB die Schmerzstärke P angeben.The following are the
wherein the symbolic dynamics parameters SD are intended to indicate the depth of anesthesia D, while the parameters of the time range ZB indicate the pain intensity P.
Ein Entscheidungssystem
In
Abweichungen von der Narkosetiefe D0 werden durch eine Auslenkung des Parameters SD0 mit SDn wiedergegeben, dadurch können die erhaltenen Messwerte entsprechend
In
In
Das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige Einrichtung ermöglichen es, dass infolge der Verwendung einer herkömmlichen Anordnung zur Herzschlagsignalmessung kein zusätzlicher Sensor am und/oder im Patienten eingebracht werden muss, was keine zusätzliche Risikobelastung für den Patienten
Die zugehörige Einrichtung
- –
eine Anordnung 2 zur Erfassung/Messung von Herzschlagsignalen, - – einen nachgeordneten Wandler
9 für die Wandlung der erfassten Herzschlagsignale in elektrisch digitalisierte Biosignale oder - –
ein externes Eingabegerät 15 mit vor der Einleitung der Narkose erfassten Herzschlagsignalen und in elektrisch digitaler Form ausgebildeten Biosignalen, - –
eine Funktionseinheit 4 zur Signalvorverarbeitung, um die elektrischen Biosignale unter Berücksichtigung einer ermittelten Herzratenvariabilität einerseits für die Verarbeitung in Parameter ZB für die Schmerzstärke P und andererseits für die Verarbeitung in Parameter Symbolische Dynamik SD für die Narkosetiefe D zu kanalisieren, - – eine zwei Signalkanäle aufweisende Auswerteeinheit
8 , diemit der Funktionseinheit 4 zur Signalvorverarbeitung nachgeordnet in Verbindung steht und die Signale der Parameter Zeitbereich ZB und die Signale der Parameter Symbolische Dynamik SD aufnimmt, - – wobei die Auswerteinheit
8 eine Funktionseinheit 10 zur Berechnung des Schmerzstärkeverlaufs P und eine Funktionseinheit11 zur Berechnung des Narkosetiefenverlaufs D einschließlich darin gespeicherter programmtechnischer Mittel aufweist und - –
eine Funktionseinheit 6 für ein Entscheidungssystem besitzt, diemit der Funktionseinheit 10 zur Berechnung des Schmerzstärkeverlaufs P und mit der Funktionseinheit11 zur Berechnung des Narkosetiefenverlaufs D leitungsmäßig verbunden ist und Vergleiche der berechneten Werte mit erfassten Ausgangs-/Sollwerten durchführt, und - – einen Narkose-Schmerz-
Monitor 12 , der zur Anzeige des Narkosetiefenverlaufs D und des zugehörigen Schmerzstärkeverlaufs P vorgesehen ist.
- - an
arrangement 2 for acquisition / measurement of heartbeat signals, - - a downstream converter
9 for the conversion of the detected heartbeat signals into electrically digitized biosignals or - - an
external input device 15 with heartbeat signals recorded before the induction of anesthesia and biosignals formed in electrically digital form, - - a
functional unit 4 for signal preprocessing in order to channel the electrical biosignals, taking into account a determined heart rate variability, on the one hand for processing in parameter PA for pain intensity P and on the other hand for processing in parameter symbolic dynamics SD for the depth of anesthesia D, - - An evaluation unit having two signal channels
8th that with thefunctional unit 4 downstream of the signal preprocessing in conjunction and receives the signals of the parameters time domain ZB and the signals of the parameter symbolic dynamics SD, - - Where the evaluation unit
8th afunctional unit 10 for calculating the pain intensity curve P and a functional unit11 for calculating the depth of anesthesia course D including programming means stored therein and - - a
functional unit 6 for a decision-making system that works with thefunctional unit 10 for calculating the pain intensity curve P and with the functional unit11 is conductively connected to the calculation of the anesthetic depth profile D and performs comparisons of the calculated values with detected output / set values, and - - an anesthesia pain monitor
12 , which is provided for displaying the depth of anesthesia course D and the associated pain intensity curve P.
Eine Speichereinheit
Außerdem kann eine Einheit
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Patientpatient
- 22
- Anordnung zur HerzschlagsignalmessungArrangement for heart rate signal measurement
- 33
- Erfassung/MessungDetection / measurement
- 44
- Signalvorverarbeitungsignal preprocessing
- 55
- BiosignalanalyseBiosignalanalysis
- 66
- Entscheidungssystemdecision system
- 77
- Nutzeruser
- 88th
- Auswerteeinheitevaluation
- 99
- Wandlerconverter
- 1010
- Funktionseinheit zur Speicherung von ZeitbereichsparameterFunction unit for storing time domain parameters
- 1111
- Funktionseinheit zur Speicherung der Parameter für symbolische DynamikFunction unit for storing the parameters for symbolic dynamics
- 1212
- Narkose-Schmerz-MonitorAnesthetic Pain Monitor
- 1313
- Erfindungsgemäße EinrichtungInventive device
- 1414
- Funktionseinheit für BiosignalanalyseFunction unit for biosignal analysis
- 1515
- Externes Eingabegerät für Biosignale für nachfolgende SignalvorverarbeitungExternal input device for biosignals for subsequent signal preprocessing
- 1616
- Speichereinheit für patientencharakteristische DatenMemory unit for patient-characteristic data
- 17 17
- Einheit zur problemanzeigenden AlarmgebungTrouble alerting unit
- SDSD
- Parameter für Symbolische DynamikParameter for symbolic dynamics
- DD
- Narkosetiefeanesthesia
- tt
- ZeitTime
- ZBFor example,
- Parameter für ZeitbereichTime range parameter
- PP
- Schmerzstärkepain intensity
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| WO2013060322A1 (en) | 2013-05-02 |
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